كشف العلماء النقاب عن جهاز كمبيوتر هجين مصنوع من الإلكترونيات والأنسجة الشبيهة بالدماغ البشري يسمى “Brainoware”. إنه جزء من مجال متنامي يسمى الحوسبة البيولوجية.
تتميز التقنية الجديدة بوجود “عضوي” دماغي مصنوع من الخلايا الجذعية البشرية، والذي يوجد فوق لوحة دوائر تغذي معلومات العضو العضوي وتقرأ استجاباته.
كان هذا الهجين البيولوجي الإلكتروني قادرًا على التعرف على الأشخاص عن طريق الصوت والتنبؤ بمسألة رياضية معقدة.
ويدعي الباحثون أن هذا الاكتشاف يمثل خطوة مهمة نحو أجهزة الكمبيوتر الهجينة، التي تدمج الإنسان والآلة لأداء مشاكل الحوسبة المعقدة باستخدام جزء صغير من الطاقة التي تحتاجها أجهزة الكمبيوتر التقليدية.
يوجد عضوي دماغي بشري فوق مصفوفة من الأقطاب الكهربائية الدقيقة، والتي تغذي الكتلة الصغيرة من معلومات الأنسجة وتسجل استجاباتها
وقال العلماء الذين يقفون وراء Brainoware، إن بإمكانه أيضًا دعم الذكاء الاصطناعي من خلال تمكين أجهزة الكمبيوتر من محاكاة الدماغ البشري.
العقل البشري هو جهاز كمبيوتر طبيعي، تطور على مدى ملايين السنين. وحتى مع أن أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية أصبحت أكثر تطوراً وقوة، فإن الدماغ لا يزال يتفوق على كفاءته عندما يتعلق الأمر بمتطلبات الطاقة، كما كتب الفريق الذي يقف وراء Brainoware: “يستهلك الدماغ البشري عادة حوالي 20 واط، في حين تستهلك أجهزة الذكاء الاصطناعي الحالية حوالي 8 ملايين واط لتشغيلها”. قيادة مقارنة (الشبكة العصبية الاصطناعية).
في كمبيوتر Brainoware الجديد، يوجد عضوي دماغي مصنوع من خلايا جذعية بشرية فوق لوحة دائرة تغذي المعلومات العضوية وتقرأ استجاباتها.
يعد برنامج Brainoware مثالاً لما يسميه علماء الكمبيوتر “حوسبة الخزان”، حيث يقوم الكمبيوتر بتغذية المعلومات في شبكة معقدة – في هذه الحالة، عضوي الدماغ – ويفسر المخرجات.
الفكرة وراء حوسبة الخزان هي ذلك ويمكن تدريب أو تعديل أجهزة الكمبيوتر التي تغذي المعلومات إلى أنسجة المخ وتقرأ المخرجات، مع الاستفادة من تعقيد العضو دون الحاجة إلى خريطة كاملة أو فهم شبكات خلاياه.
وبعبارة أخرى، فإن العضو العضوي هو نوع من “الصندوق الأسود”، ولا يحتاج العلماء إلى معرفة كيفية عمله بالضبط من أجل استخدامه.
والعضوية ليست جزءًا من دماغ الشخص الحي، ولكنها تنمو مما يسمى بالخلايا الجذعية متعددة القدرات، وهي الخلايا التي يمكن تحفيزها لتشكيل أي نوع من أنسجة الجسم.
استخدم علماء من جامعة إنديانا بلومنجتون، وجامعة فلوريدا، والمركز الطبي لمستشفى سينسيناتي للأطفال، خلايا جذعية متعددة القدرات لزراعة عضويات قشرية بشرية.
ينمو عضوي الدماغ على مدار عدة أشهر. في الأسبوع الأول، يحدث “التحريض” عندما يقوم العلماء بتحفيز الخلايا الجذعية لتتطور إلى خلايا دماغية. خلال الأسبوع الثاني، تنقسم هذه الخلايا العصبية السلفية وتصبح أكثر عددًا. في شهر واحد، يحتوي العضو العضوي على أنواع متعددة من خلايا الدماغ، وفي شهرين، ينضج العضو العضوي
وبعد حوالي شهر من النمو، احتوت الأعضاء العضوية على عدة أنواع من خلايا الدماغ البشرية، بما في ذلك الخلايا العصبية، والخلايا السلفية العصبية التي تنمو لتشكل خلايا دماغية مختلفة، والخلايا المناعية التي تسمى الخلايا النجمية.
تحاكي هذه الكائنات العضوية الجوانب الأساسية جدًا لقشرة الدماغ البشرية، وهو سطح الدماغ الذي يؤدي وظائف أساسية بما في ذلك التعلم والتفكير وحل المشكلات.
في تجربة التعرف على الكلام، طُلب من برنامج Brainoware التعرف على أصوات رجال يابانيين مختلفين من مجموعة مكونة من 240 مقطعًا صوتيًا.
وفي الاختبارات الأولى، حققت دقة تبلغ حوالي 51 بالمائة فقط.
ولكن بعد يومين من التدريب، تحسن أداء الجهاز إلى دقة تصل إلى 78%.
يتكون إعداد حاسوب Brainoware (على اليسار) من عضوي قشري يقع فوق مصفوفة أقطاب كهربائية دقيقة. تحتوي الكائنات العضوية المستخدمة في Brainoware على أنواع متعددة من خلايا الدماغ، بما في ذلك الخلايا العصبية الناضجة والخلايا النجمية (أعلى اليمين)، والخلايا العصبية في المرحلة المبكرة والخلايا العصبية السلفية (أسفل اليمين).
وكتب مؤلفو الدراسة: “تشير هذه النتائج إلى أن التحفيز الكهربائي أثناء التدريب قد يؤدي إلى التعلم غير الخاضع للرقابة لـ Brainoware لتحسين أداء الحوسبة عن طريق إعادة تشكيل الاتصال الوظيفي للعضوي”.
لا تستطيع الكائنات العضوية أن “تفكر”، وهي لا تمتلك الوعي بالطريقة التي نعرفها، ولكنها تمتلك القدرة الطبيعية على تكوين اتصالات جديدة.
إن جزءًا كبيرًا مما يجعل الكمبيوتر الجديد قويًا هو قدرة الدماغ البشري على إعادة التنظيم.
في ظل الظروف العادية، سيشكل الدماغ البشري اتصالات جديدة استجابة للتجارب الجديدة – مما يشكل الذكريات ومهارات التعلم، التي يتم تخزينها في الاتصالات بين الخلايا العصبية.
ويبدو أن هذا ما يحدث مع Brainoware.
وفي اختبار آخر لقدراته على حل المشكلات، كلف العلماء Brainoware بالتنبؤ بخريطة Hénon، وهي نوع فوضوي من المعادلات الرياضية غير الخطية.
تمامًا كما هو الحال في تمرين التعرف على الكلام، قام النظام بتحسين دقته بعد عدة أنظمة تدريب.
بعد ثلاثة أشهر من النمو، احتوت الأعضاء العضوية في الدماغ على خلايا أسلاف عصبية يمكن أن تنمو إلى خلايا عصبية، بالإضافة إلى خلايا عصبية ناضجة.
عندما قام العلماء بمنع اللدونة العصبية – قدرة الكائنات العضوية على تكوين اتصالات جديدة – لم يحدث مثل هذا التحسن.
وكتبوا: “أشارت النتائج إلى أن نشاط التعلم في Brainoware كان يعتمد على اللدونة العصبية”.
ظهر العمل اليوم في المجلة إلكترونيات الطبيعة.
يدعم تطوير Brainoware فكرة أن أنظمة الكمبيوتر الهجينة في الدماغ يمكنها حل المشكلات المعقدة، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من العمل لإثبات قدراتها حقًا، كما كتب فريق آخر من الباحثين في تعليق تمت دعوته.
“في الخطوات التالية لإظهار أن العضيات الدماغية يمكن أن تكون بمثابة نموذج للتعلم في المختبر، سيكون من الضروري إظهار جوانب الذاكرة طويلة المدى، والقدرة على تعلم مهام متعددة والتمييز بين المساهمة الفريدة للعضوية على مدى وكتبوا أن الأنظمة الحسابية المتصلة.
“سيكون هذا أمرًا بالغ الأهمية لدراسة الآليات البيولوجية التي تتيح التعلم المستمر مدى الحياة.”